Астрофизики нашли объяснение загадочным голубым вспышкам
К числу самых загадочных астрономических явлений, открытых за последние десятилетия, можно отнести короткие и чрезвычайно яркие вспышки синего и ультрафиолетового света, которые постепенно затухают, оставляя после себя слабое рентгеновское и радиоизлучение.
Таких ярких быстрых синих оптических транзиентов (LFBOT) обнаружено чуть более десятка, и споры об их природе не утихают. Предлагались гипотезы о необычном типе сверхновой, о падении межзвездного газа в черную дыру. Анализ самой яркой из подобных вспышек на сегодня, открытой в прошлом году, показал, что не верно ни то, ни другое.
Новая версия, изложенная в двух принятых в The Astrophysical Journal Letters статьях, состоит в том, что LFBOT вызваны экстремальным приливным разрушением. В этом процессе черная дыра массой до 100 солнечных за несколько дней полностью разрывает на части свою массивную звезду-компаньона.
Черные дыры промежуточной массы и их загадки
Предполагаемая масса черной дыры — попадающая в диапазон, который иногда называют черными дырами промежуточной массы — также представляет большой интерес для астрономов. Нет сомнений, что черные дыры массой более 100 солнечных существуют (их слияния регистрировались в экспериментах по обнаружению гравитационных волн, таких как LIGO), но их никогда не наблюдали напрямую, и то, как они вырастают до таких размеров, остается загадкой. Изучение этого и подобных событий может пролить свет на звездную среду, в которой крупные черные дыры эволюционируют в паре с массивным звездным компаньоном.
«Теоретики предложили множество моделей, объясняющих формирование этих крупных черных дыр — тех, что регистрирует LIGO. LFBOT позволяют подойти к этой проблеме с совершенно новой стороны. Они также дают возможность точно определить местоположение таких объектов внутри их галактик, что добавляет важных сведений о возникновении подобных систем из массивной черной дыры и звезды-компаньона», — говорит астрофизик Раффаэлла Маргутти из Калифорнийского университета в Беркли.
Открытие и названия LFBOT
LFBOT получили свое название потому, что они яркие (их видно на расстояниях в сотни миллионов и миллиарды световых лет) и краткие (длятся всего несколько дней), излучая высокоэнергетический свет от голубой части видимого спектра через ультрафиолетовый до рентгеновского диапазона.
Первый LFBOT был замечен в 2014 году, а первый такой объект, по которому накопилось достаточно данных для анализа, зарегистрирован в 2018-м. Он получил обозначение AT 2018cow, за что был прозван «коровой» (от английского cow). Следом прозвищ удостоились и другие вспышки: ZTF18abvkwla — коала, AT 2022tsd — тасманийский дьявол, AT 2023fhn — зяблик (finch). Темой исследований стал новейший LFBOT — AT 2024wpp (тут напрашивается «дятел» — woodpecker).
Расчеты энергии и теории о сверхновых
Понимание, что транзиентная вспышка не могла быть результатом звездного взрыва, пришло после того, как подсчитали выделившуюся энергию — она оказалась в 100 раз больше, чем производят обычные сверхновые.
«Количество излучаемой этими вспышками энергии настолько велико, что его невозможно обеспечить коллапсом и взрывом массивной звезды — или любым другим типом обычного звездного взрыва. Главный вывод из AT 2024wpp заключается в том, что модель, с которой мы начинали, неверна. Это явно не взрыв звезды», — отмечает физик Натали ЛеБарон, аспирантка Маргутти.
Объяснение процесса приливного разрушения
Интенсивный высокоэнергетический свет, излучаемый во время этого экстремального приливного разрушения, стал следствием долгой «паразитической» истории двойной системы с черной дырой, полагают авторы. Согласно их реконструкции, черная дыра долгое время высасывала вещество из своего компаньона, полностью окутав себя ореолом материала, который находился слишком далеко, чтобы быть поглощенным.
Наконец, когда звезда-компаньон подошла слишком близко и была разорвана, новое вещество вовлеклось в аккреционный диск и столкнулось с уже существующим материалом, породив рентгеновское, ультрафиолетовое и голубое излучение.
Значительная часть газа от звезды-компаньона также устремилась к полюсам черной дыры, где была выброшена в виде джета (струи). По подсчетам ученых, джеты разогнались до 40% от скорости света и генерировали радиоволны при взаимодействии с окружающим газом.
Подробности о звезде-компаньоне
Предполагаемая масса разорванной звезды-компаньона более чем в 10 раз превышала массу Солнца. Возможно, это была так называемая звезда Вольфа–Райе — очень горячее светило, уже израсходовавшее большую часть своего водорода. Это объяснило бы слабое водородное излучение от AT 2024wpp.
Как и большинство LFBOT, AT 2024wpp находится в галактике с активным звездообразованием, поэтому наличие там крупных молодых звезд, подобных этой, ожидаемо. AT 2024wpp удален от нас на 1,1 миллиард световых лет и в 5–10 раз ярче, чем «корова» AT 2018cow.
Что дальше
Для исследований использовались данные целого ряда инструментов: рентгеновские телескопы «Чандра», Swift-XRT и NuSTAR, радиотелескопы ALMA и ATCA, ультрафиолетовый/оптический телескоп UVOT на борту обсерватории Swift, а также наземные оптические телескопы. Но настоящего прорыва астрофизики ожидают от УФ-телескопов ULTRASAT и UVEX, запуск которых запланирован на ближайшие годы.
«Сейчас мы находим всего около одного LFBOT в год. Но как только у нас появятся ультрафиолетовые телескопы в космосе, обнаружение LFBOT станет рутинной работой, подобно регистрации гамма-всплесков сегодня», — сказала астрофизик Наяна А. Дж.
